Dzięki niedawnym ulepszeniom teleskopów naziemnych i naziemnych astronomowie mogli sondować głębiej we wszechświecie niż kiedykolwiek wcześniej. Spoglądając miliardy lat wstecz, jesteśmy w stanie przetestować nasze teorie dotyczące historii powstawania i ewolucji galaktyk. Niestety, badanie bardzo wczesnego Wszechświata jest trudnym zadaniem, które wykracza poza możliwości naszych obecnych instrumentów.
Ale łącząc moc Kosmicznego Teleskopu Hubble'a z techniką znaną jako soczewkowanie grawitacyjne, zespół astronomów dokonał pierwszego odkrycia kompaktowej galaktyki, która przestała tworzyć gwiazdy zaledwie kilka miliardów lat po Wielkim Wybuchu. Odkrycie takiej galaktyki istniejącej tak wcześnie we Wszechświecie jest bezprecedensowe i stanowi poważne wyzwanie dla teorii teorii powstawania i ewolucji masywnych galaktyk.
Ich odkrycia opisano w badaniu zatytułowanym „Masywna, martwa galaktyka we wczesnym wszechświecie”, który ukazał się w numerze czasopisma z 22 czerwca Natura.Jak wskazano w badaniu, zespół polegał na danych z Hubble'a, które połączyli z soczewkami grawitacyjnymi - gdzie masywna gromada galaktyk powiększa i rozciąga obrazy odległych galaktyk poza nimi - do badania odległej galaktyki znanej jako MACS 2129-1.
To, co znaleźli, było zupełnie nieoczekiwane. Biorąc pod uwagę wiek galaktyki - datowany na zaledwie trzy miliardy lat po Wielkim Wybuchu - spodziewali się, że ujrzą chaotyczną kulę gwiazd, które formowały się w wyniku wczesnego połączenia galaktyk. Zamiast tego zauważyli, że galaktyka, która miała kształt dysku (podobnie jak Droga Mleczna), była faktycznie martwa - co oznacza, że formowanie gwiazd już się w niej zakończyło.
To była niespodzianka, ponieważ astronomowie nie spodziewali się tego tak wcześnie we Wszechświecie. Co więcej, po raz pierwszy uzyskano bezpośredni dowód, który pokazuje, jak przynajmniej niektóre z najwcześniejszych „martwych” galaktyk we Wszechświecie ewoluowały z obiektów w kształcie dysku, aby stać się gigantycznymi galaktykami eliptycznymi, które regularnie widzimy w Magazynie Kosmicznym .
Jak wyjaśniła Sune Toft - badaczka z Dark Cosmology Center w Niels Bohr Institute i główny autor badania - może to wymusić ponowne przemyślenie ewolucji galaktyk we wczesnym Wszechświecie:
„Ten nowy wgląd może zmusić nas do ponownego przemyślenia całego kosmologicznego kontekstu, w jaki sposób galaktyki wypalają się wcześnie i ewoluują w lokalne galaktyki o kształcie eliptycznym. Być może byliśmy ślepi na fakt, że wczesne„ martwe ”galaktyki mogą w rzeczywistości być dyskami, po prostu ponieważ nie byliśmy w stanie ich rozwiązać. ”
W poprzednich badaniach założono, że odległe martwe galaktyki miały budowę podobną do lokalnych galaktyk eliptycznych, w których ostatecznie ewoluowały. Przed tym badaniem potwierdzenie tej hipotezy nie było możliwe, ponieważ obecne instrumenty nie są wystarczająco mocne, aby dostrzec to w kosmos. Ale łącząc moc soczewkowania grawitacyjnego z wysoką rozdzielczością Hubble'a, Toft i jego zespół mogli wyraźnie zobaczyć tę martwą galaktykę.
Łącząc pomiary prędkości obrotowej z bardzo dużego teleskopu ESO (VLT) z danymi archiwalnymi z badania Cluster Lensing And Supernova z Hubble (CLASH), byli w stanie określić rozmiar galaktyki, masę i wiek, a także jej (nieistniejący ) szybkość powstawania gwiazd. W końcu odkryli, że odległa galaktyka jest trzy razy masywniejsza niż Droga Mleczna, choć tylko o połowę mniejsza, i obraca się ponad dwukrotnie szybciej.
Dlaczego ta galaktyka przestała formować gwiazdy, wciąż nie jest znana i będzie wymagała dalszych badań przy użyciu bardziej wyrafinowanych instrumentów. Ale w międzyczasie istnieje kilka możliwych teorii. Może to być na przykład wynik działania aktywnego jądra galaktycznego, w którym supermasywna czarna dziura w centrum MACS 2129-1 hamowała tworzenie gwiazd poprzez ogrzewanie gazu galaktyki i wydalanie go z galaktyki.
Lub może być wynikiem strumienia zimnego gazu do centrum galaktyki, gdzie został szybko podgrzany i sprężony, zapobiegając w ten sposób ochłodzeniu i tworzeniu chmur gwiazdotwórczych. Ale jeśli chodzi o to, jak tego rodzaju wczesne, martwe galaktyki mogły doprowadzić do galaktyk eliptycznych, które widzimy dzisiaj, Toft i jego koledzy sądzą, że znają odpowiedź. Jak wyjaśnił, może to wynikać z fuzji:
„Gdyby te galaktyki rosły przez połączenie z mniejszymi towarzyszami, a te mniejsze towarzyszki przybywałyby w dużej liczbie i pod różnymi kątami do galaktyki, ostatecznie zrandomizowałoby orbity gwiazd w galaktykach. Można również wyobrazić sobie duże fuzje. To z pewnością zniszczyłoby również uporządkowany ruch gwiazd. ”
W nadchodzących latach Toft i jego zespół mają nadzieję skorzystać z teleskopu Jamesa Webba (który wystartuje w 2018 r.), Aby znaleźć więcej wczesnych martwych galaktyk, w nadziei, że może rzucić światło na nierozwiązane pytania związane z tym odkryciem. A dzięki możliwości badania głębiej kosmosu astronomowie przewidują, że o wczesnym Wszechświecie zostanie ujawnionych znacznie więcej.
